SDDC桩试桩总结.docx
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SDDC桩试桩总结
晋红高速观音山立交连接线垃圾填埋段处治区
长螺旋钻孔孔内强夯碎石桩试桩总结
一、工程概况
晋宁至红塔区高速公路位于云南省昆明市晋宁县及玉溪市红塔区境内，本项目路线总长49.3km。
本工区属晋宁至红塔区高速公路第Ⅳ标段，主线全长1.340km（K33+910.47～K35+259），其中主线桥梁2座，匝道桥1座，涵洞2座，通道1座。
主线公路等级为高速公路，连接线等级为一级公路。
主线整体式路基宽33.5m，分离式路基宽16.75m。
观音山立交连接线愿设计止点与观音山经济开发片区中规划道路黄草坝路相连接，观音山立交连接线LK0+850～LK1+332.783段经过建筑垃圾、生活垃圾填埋场，设计单位前期地质勘探钻孔揭示，LK0+891.5处垃圾厚度为22m，LK1+049处垃圾厚度为27.1m。
现场实际情况为路基底部及两侧均有较深厚的垃圾，且立交连接线中心的收费站、收费站管理房及观音山隧道管理所均位于垃圾土层上，垃圾土厚度较大、堆积松散、工程特性较差，对建成后公路的沉降与不均匀沉降极为不利，也极大地影响到此路段今后的运营安全。
根据晋红高速公路观音山立交连接线垃圾填埋段处治方案》研讨会会议纪要及《观音山立交连接线LK0+892.04～LK1+332.783段处治设计》，观音山立交连接线LK0+892.04～LK1+332.783段处治措施分为两部分：
浅层处治和深层处治。
浅层处治措施是对路基主要受力区域，即路面标高下5m深度范围（路堑）或原地面5m深度范围（路堤）路基采用换填满夯处理，挖除该深度路基下垃圾土层，用片石、碎石、碎石土换填；深层处治措施是对路基下10m深度范围采用长螺旋钻孔孔内强夯碎石桩+换填满夯方式进行基础加固。
本次试桩位置选定在里程桩号LK0+892.040～LK0++910.000段。
试桩9根，编号分别为SZ-1~SZ-9，试桩桩径为φ0.5m，桩间距为1.5m,桩长为10.0m，采用长螺旋钻孔孔内强夯碎石成桩法。
试桩适用范围里程为LK0+892.040～LK0++910.000段、LK0+945.000～LK1++332.780段、LK0+967.580～LK1++125.590段。
二、试验目的
施工前进行成桩工艺性试验，确定相应的参数：
1、通过长螺旋钻孔孔内强夯碎石桩试桩复核地质情况，验证施工工艺、施工参数、施工效果。
2、确定长螺旋钻孔孔内强夯碎石桩施工时的人员配置及作业组织，保证施工质量的控制措施。
三、地形、地貌、地质情况
1、概述
（1）里程范围：
LK0+892.040～LK0++910.000段、LK0+945.000～LK1++332.780段、LK0+967.580～LK1++125.590段，处治总面积32700m2。
（2）路基形式：
工点范围内路基以挖方形式通过。
2、天然地基的岩土工程特性
（1）表层为人工弃土，褐黄、灰白色，以粘土、生活垃圾及建筑垃圾为主，厚度22~27m；
（2）第2层为粘土、棕黄、褐黄等色，硬可塑，地基承载力基本容许值180KPa,摩阻力标准值70KPa，厚度25m；
（3）第三层白云岩、灰岩：
灰白色，强风化，岩芯呈碎块，地基承载力基本容许值800KPa，摩阻力标准值190KPa。
四、试桩布置
《观音山立交连接线LK0+892.040～LK1+332.783段处治设计》中规定“孔位采用正三角形满堂布桩，桩距1.50m”。
试验区域选择在观音山立交连接线LK1+075.000～LK1+105.000段，试验布孔采用三组每组三孔形式布孔，试区范围选定如图所示。
说明：
a.图中表示按方案1进行施工的试桩。
b.图中表示按方案2进行施工的试桩。
c.图中表示按方案3进行施工的试桩。
五、试桩主要施工机械配备
试桩机械配备表表1
序号
材料及机械名称
规格型号
单位
数量
1
长螺旋钻机
ZKL800BB
台
1
2
履带式夯实机
φ450mm
锤重10t
台
1
3
水准仪
AL32
台
1
4
全站仪
DJD2A
台
1
5
履带式推土机
105KW
台
1
6
光轮压路机
12~15t
台
1
7
机动翻斗车
1t
台
1
六、试桩人员配置
计划每天施工人员19名，其中司机5人、杂工6人（包括清土、填料）、管理人员8人（安全员2人）。
七、试桩施工时间安排
试桩时间：
2015年24月1日～2015年7月25日
八、试验方案选择
本次试验采用长螺旋钻机造孔，为取得最佳试验参数，根据设计要求及《孔内深层强夯技术规程》（CECS197:
2006）,选定以下三种施工方案：
1、方案1：
采用长螺旋钻机成孔，HJ35M强夯击分层夯实，每次加料0.45m3，锤重3.5t,落距4m，每层锤击5次。
2、方案2：
：
采用长螺旋钻机成孔，HJ35M强夯击分层夯实，每次加料0.66m3，锤重3.5t,落距4m，每层锤击6次。
3、方案3：
采用长螺旋钻机成孔，HJ35M强夯击分层夯实，每次加料0.66m3，锤重3.5t,落距4m，每层锤击:
7次。
八、施工方法及工艺
本次试桩全部采用了长螺旋钻孔孔内强夯碎石桩的施工工艺。
1、长螺旋钻孔孔内强夯碎石桩施工工艺流程：
2、施工步骤
（1）施工准备.
垃圾挖除至路基底面高程下3.0m，用推土机平整场地，铺设工作平台碎石30cm，作业场地作好排水设施，确保施工场地不积水。
根据设计图纸用全站仪精确放出长螺旋钻孔孔内强夯碎石桩处理范围边线，中间桩位拉钢尺定位，插竹钉标识。
自检合格后及时向监理工程师报验。
（2）钻机就位：
钻机就位后，采用在钻架上挂垂球的方法测量钻具的垂直度。
每根桩施工前现场工程技术人员进行桩位对中及垂直度检查，检查合格后方可开钻，记录好桩位偏差和垂直度。
（3）钻进成孔：
采用长螺旋钻机钻孔成孔，成孔直径500mm，深度达到设计要求。
钻孔时，先慢后快，同时检查钻孔的偏差并及时纠正。
在成孔过程中发现钻杆摇晃或难钻时，应放慢进尺，防止桩孔偏斜、位移和钻具损坏。
（4）孔内填料、成桩：
用标准料斗或运料车将拌和好的填料分层填入桩孔，用柱锤夯实形成桩体。
锤的质量、锤长、落距在确定的情况下，通过工艺试验确定分层填料量、夯击次数。
每个桩孔应夯填至桩顶设计标高以上至少0.5m。
施工中应设技术人员作好每根桩的记录，并对发现的问题及时进行分析处理。
（5）移机：
施工机具移位，重复上述步骤进行下一根桩施工。
孔内强夯碎石法施工夯击能量大，易发生地面隆起，造成表层桩和桩间土出现松动，从而降低处理效果，因此成孔及填料夯实的施工顺序宜间隔进行。
（6）虚桩及桩间隆起土挖出：
因本工程基础施工采用低能量满夯，故虚桩及桩间隆起土应予以挖出捣实，铺设30cm褥层后，方可开始满夯施工。
满夯施工后，铺设210m片石、30cm碎石土垫层。
九、施工质量标准
保证项目内容为：
桩体数量、孔径、桩长、填料数量和质量必须符合设计和规范规定，桩身压实系数λc、桩身挤密系数ηc必须满足规范。
并最终以处理后的复合地基承载力的特征值fak是否满足设计要求为最后结论。
长螺旋钻孔孔内强夯碎石桩质量验收标准
项
序
检查项目
允许偏差或允许值
检查方法
单位
数值
主控项目
1
桩体及桩间土干密度
设计要求
现场抽样检查
2
桩长
mm
500
测桩管长度或垂球测孔深
3
地基承载力
设计要求
按规定方法
4
桩径
mm
-20
用钢尺量
一般项目
1
土料含量
%
≤5
试验室焙烧法
2
粒径
mm
≤5
筛分法
3
桩位偏差
mm
满堂布桩0.40D
条基布桩0.25D
用钢尺量，D为桩径
4
垂直度
％
≤5
观察机械垂直度标志
5
桩径
mm
-20
用钢尺量
保证项目必须全部达标，允许偏差项目在抽检点数中保证90%以上达标。
十、试桩施工参数
1、单桩成桩时间
单桩成孔时间统计表
桩号
开始时间
结束时间
打桩时间（min）
SZ-1
14:
10
14:
20
10
SZ-2
16:
10
16:
20
10
SZ-3
17:
25
17:
37
12
SZ-4
8:
40
8:
55
15
SZ-5
11:
35
11:
45
10
SZ-6
13:
18
13:
27
9
SZ-7
14:
06
14:
19
13
SZ-8
15:
04
15:
21
17
SZ-9
16:
32
16:
46
13
平均值
12
注：
因钻机行走1.5m需要6~8分钟，故单桩成孔时间约为20min。
2、夯能及夯击次数
单桩夯能及夯击次数统计表
桩号
锤重（t）
落距（m）
夯能（kpa）
分层填量（m3）
夯击次数
SZ-1
3.5
4
137.2
0.45
5
SZ-2
3.5
4
137.2
0.45
5
SZ-3
3.5
4
137.2
0.45
5
SZ-4
3.5
4
137.2
0.66
6
SZ-5
3.5
4
137.2
0.66
6
SZ-6
3.5
4
137.2
0.66
6
SZ-7
3.5
4
137.2
0.66
7
SZ-8
3.5
4
137.2
0.66
7
SZ-9
3.5
4
137.2
0.66
7
注：
试验桩每孔夯击成桩平均耗时（含移位耗时）90min。
3、充盈系数
各桩充盈系数
桩号
设计桩长
（m）
实灌碎石量
（m3）
设计碎石量
（m3）
充盈系数
备注
垃圾土
粘土
SZ-1
10
4.5
1.9625
2.3
/
SZ-2
10
4.05
1.9625
2.1
/
SZ-3
10
4.05
1.9625
2.1
平均值
12.6
5.8875
2.1
SZ-4
10
3.54
1.9625
2.2
1.2
进入粘土4m
SZ-5
10
3.29
1.9625
1.9
1.4
进入粘土4m
SZ-6
10
3.29
1.9625
1.8
1.5
进入粘土4m
平均值
2.0
1.4
SZ-7
10
3.54
1.9625
1.8
/
SZ-8
10
3.54
1.9625
1.8
/
SZ-9
10
3.54
1.9625
1.8
/
平均值
10.62
5.8875
1.8
注：
设计充盈系数为1.5。
十一、检测方式方法及相关要求
1、检测方法和设备
施工完成后及时清除成桩弃土并运至弃土场。
清运时不得扰动桩间土，不可破坏未施工的桩位。
因长螺旋钻孔孔内强夯碎石桩施工完后尚需满夯处理，故仅需清除桩头表面杂土即可。
2、桩基检测方式及检测指标
本次检测采用重Ⅱ型动力触探法，按设计、业主、监理要求，抽取符合桩龄、桩点要求的成桩进行检测。
检测深度以成桩深度为准，从桩顶至桩底连续贯入，现场记录每贯入10cm的锤击数，检测参数为桩身密实度，检测数据为每贯入10cm的锤击数，符合要求条件为“每贯入10cm的锤击数不小于20击”。
桩间土的检测采用标准贯入试验，检测点选择在每一个检测桩点对应的桩间土区域，检测深度为成桩深度，检测方法为每米进行一次标准贯入试验，将63.5kg的穿心锤提起，使其自由下落，落距76cm，将标贯器竖直预打入土层15cm，记录以后打入土层30cm的锤击数。
符合要求条件为“每30cm的锤击数不小于15击”。
桩间土的检测之所以对应每一个检测桩点，是因为在碎石桩施工时，若遇地下松散软弱层，在成桩机械的振冲下，碎石材料会产生向桩径以外挤扩，这种情况在采用动力触探进行检测时也会发生，从而导致动探击数连续偏低的现象，这属于地层客观原因引起，与施工认为因素关系不大。
而另一种动探击数偏低的情况则属于振冲不实甚至断桩引起的，纯属施工质量问题。
为客观的区分这两种情况，对每一检测桩点和桩间土的检测采取一一对应的关系，以使检测和判定结果尽量客观真实。
3、检测依据
本次检测依据以下规范和标准：
《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）（2009版）
《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）
《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）
《建筑地基基础施工质量验收规范》（GB50202-2013）
4、检测资料整理和解释
（1）将动力触探和标准贯入原始数据按深度和击数整理成统一的原始数据表格；
（2）按“深度—击数”绘制单桩动力触探试验曲线和标准贯入试验曲线；
（3）对同一桩点和对应的桩间土检测，按深度求取横向上的平均击数，并与桩间土的标准贯入试验结果进行对比，分析检测结果可能出现的异常情况和原因。
（4）按前述标准给出判定结果汇总表和检测合格率。
5、检测报告的提交
每一桩点和对应的桩间土检测结束后，三日内向甲方提交检测结果2份；整个检测项目结束后向甲方提交总体检测报告4份。
十二、桩基检测情况：
11月21日我们委托上海功大建设工程有限公司对所做的9根长螺旋钻孔孔内强夯碎石桩及桩间土进行了触探检测，具体数据如下表：
序号
部位
分层厚度（m）
层间击数（击）
夯击能（KN.m）
贯入深度
贯入击数
检测结论
检验结论：
本次检验桩基9根，桩间土处，质量等级评定均为Ⅰ类桩；详见附件“触探检验报告”。
十三、试桩结论
1、施工工艺
（1）长螺旋钻孔工艺在垃圾区长螺旋钻孔孔内强夯碎石桩施工中的应用效果：
①能较好地保证长螺旋钻孔孔内强夯碎石桩的成孔质量，可用于垃圾区孔内强夯碎石桩施工。
②垃圾区较大的砼块和块石严重影响成孔速度，采用长螺旋钻机和孔内强夯机搭配成孔，效果更为显著。
③垃圾区的塑料袋、编织袋等会缠绕螺旋钻头，导致功效降低，且清理耗时较长。
（2）长螺旋钻孔孔内强夯碎石桩质量控制的重点；
①利用吊放十字圆环方法检查孔的垂直度和孔径，利用有长度标记的线锤检查孔深。
②桩体碎石填料含泥量≤5%，粒径≤5cm；
③填料分层夯实，每次严格按试验方案填入碎石，落锤稳、准、狠，确保符合工艺要求的夯击能量，严禁违章打溜锤、空锤和偏锤；
④严格按照现场试验确定的柱锤直径、长度、质量、落距、分层锤击击数等施工参数组织施工；
⑤进行夯击时，要求桩锤能自由落体达到孔底，防止锤击能量损失。
要求下料、夯击交替均匀进行，直至桩顶。
⑥长螺旋钻机造孔，孔底存在部分扰动和虚土，因此在成桩前应对孔底垃圾土夯实，空夯2击，落距4m，以利于发挥桩端阻力，提高承载力。
⑦褥层的主要作用是调整桩-土应力分担比，减小桩顶的应力集中现象，充分发挥桩体和桩周垃圾土的承载力。
褥垫施工宜采用1.55～2.20kW的平板振捣器，压实与虚铺厚度之比不得大于0.9。
⑧褥垫层施工前要先进行验槽，表面压实；垫层底面应设在同一标高上，如深度不同，可挖成阶梯搭接，搭接处应夯压密实，并按先深后浅的顺序进行施工。
⑨褥垫层分段施工时，接头处应做成阶梯，每层错开0.5—1.0m，并应充分捣实。
⑩作好施工记录，尤其是填料数量与夯填工艺的有关数据的记录，交接班时应按桩位编号图进行核对，使记录与编号一致，以免出现漏桩。
⑪严格按照《孔内深层强夯法技术规程》（CECS197：
2006）进行施工，做到“逐桩施工、逐桩验收”。
确保桩体的强度及桩间垃圾土的挤密效果，使处理后的地基承载力满足设计要求，均匀性改善。
⑫成桩桩头应保持夯坑深度到达虚桩桩顶标高，以保证桩头部位强度。
⑬采用先外排后里排，隔行、隔列、间隔跳打的方法四遍成孔、成桩。
⑭褥垫层铺筑前应挖出虚桩及隆起的桩间垃圾土，对桩顶进行补夯，以保证桩体密实度达到设计要求。
2、相关参数的选定
（1）分层厚度：
（2）层间击数：
（3）孔内夯击能：
3、不利因素分析及解决方案：
1、桩间垃圾土强度低，侧限作用小，对桩的约束作用差，使桩体碎石不易密实，在成桩过程中，由于冲击及侧向挤压力作用，桩间垃圾土发生剪切扰动，导致桩间土承载力不足，甚至桩间垃圾土承载力降低。
解决方案：
（1）减小孔内强夯分层厚度和击数、降低夯击能、缩小桩距。
（2）桩基施工前对垃圾土土层及褥层进行压实处理。
2、桩体及桩间垃圾土密实度不足：
填料粒径及级配，夯实参数和施工工艺、检测前桩顶轻能击平夯及桩间土满夯等对施工质量影响较大。
从三组试桩取得的参数可知:
①垃圾土埋深相对较浅时，上部垃圾土对碎石的约束力较小，充盈系数会逐渐降低，对桩间垃圾土的隆起影响更大，故应适当减小夯能，避免桩间垃圾土的隆起过大，从而导致桩间垃圾土的密实度不足，承载力降低。
②相同地质条件下，平均单位面积承受的总夯能越大，深层垃圾土充盈系数越高，桩间垃圾土的密实度越大；孔内强夯分层厚度、单击夯能相同的情况下，夯击次数越多，挤密程度越高，但夯击次数过多会导致材料的浪费；孔内强夯分层厚度、单击夯能相同的情况下，夯击次数越少，挤密程度越低，从而会导致桩体强度偏低，桩间土挤密效果差，地基加固处理效果不理想。
解决方案：
①桩体及桩间垃圾土表层采取轻能击，成桩挖出虚桩和隆起垃圾土铺筑褥层后用平底锤满夯一遍。
②选定孔内强夯分层厚度后，严格按最终确定的方案控制各层夯击次数。
3、复合地基承载力偏低
孔内深层强夯法以其特殊的锤形，通过高动能、超压强在孔内深层强夯，使孔内的填料在超压强状态下动力固结，桩间土得到强力挤密的地基处理技术。
该工法理论上其复合地基的桩体承载力高，但桩间土承载力偏低。
说明土的挤密效果较差，复合地基的承载力主要来源于碎石桩体的承载力,因而桩和桩土间的刚度分配差异较大，复合地基的刚度均匀性较差。
本工程为国内首例采用长螺旋钻孔孔内强夯碎石桩工艺处治垃圾填埋段路基，设计碎石桩体深度为10m,桩底持力层仍为垃圾土，碎石桩体悬浮在垃圾土中，在上部动载作用下，桩体碎石会挤入桩间垃圾土，造成碎石桩体下沉，导致路基不均匀沉降，同时桩底垃圾腐化也必然会导致路基不均匀沉降。
解决方案：
通过第2组和第3组试桩施工参数对比分析可知，碎石桩体桩底作用在原始粘土层上，在分层填量相同，总夯能较小时，充盈系数更大，填充效果更好，故应增加碎石桩体深度，使桩底作用在原始粘土层上；通过第2组试桩施工参数对比分析可知，桩底粘土层在单击夯能137.2kpa，连续6击时充盈系数接近设计要求的充盈系数1.5，故桩底深入粘土层3m时处理效果更佳。
4、由于地基处理面积大，原状垃圾土过于松散，地基处理需要置换大量的填充料，碎石用量太大，工程成本较高。
填料与垃圾土的挤密形式主要为点-点挤密充填、点-面挤密充填、面-面挤密充填等三种形式，填料粒径过大时，由于垃圾土的不均匀性会导致挤密效果较低；填料粒径过小时，在相同夯击能作用下，虽然挤密效果较好，但填料消耗过大。
本次试验采用粒径≤5cm的碎石，三组试桩充盈系数均大于1.8，但考虑到实际施工中随着桩体加密，充盈系数会逐渐降低，故采用粒径≤5cm的碎石较为适宜，但碎石用量太大，工程成本过高。
解决方案：
填料可采用建筑垃圾、工业炉渣、碎石三种混合料或碎石、石屑混合料代替碎石。
5、由于垃圾区地质情况复杂，最终确定的施工参数也仅能起到指导施工的作用，无法避免出现局部桩体及桩间垃圾土密实度不足的情况。
解决方案：
对密实度不足的局部桩体及桩间垃圾土采用补夯方式处理，
一般能达到设计要求，否则可采用桩基加密方式处理。
结论：
孔内深层强夯法以其特殊的锤形，通过高动能、超压强在孔内深层强夯，使孔内的填料在超压强状态下动力固结，桩间土得到强力挤密，该项技术和国内其它挤土类的地基处理技术相比，具有适用范围大、地基处理厚度深、复合地基承载力高、变形小、复合地基刚度较均匀的特点，尤其对桩间土有显著的挤密效果，是一种较先进的地基处理技术。
本工程为国内首例采用该工法大面积加固垃圾地基,通过试验证明了该工法大面积加固垃圾地基的可行性，达到了既环保又节约投资的目的,综合效益显著。
附件一：
深孔长螺旋钻机引孔施工记录表
附件二：
孔内深层强夯碎石桩施工记录表
附件三：
复合地基（桩及桩间土）静荷试验成果汇总表
附件四：
复合地基（长螺旋钻孔孔内强夯碎石桩+满夯+换填）静荷试验成果汇总表
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